Το νέο νανοσύνθετο βελτιώνει την ηλιακή εξάτμιση για τον καθαρισμό του νερού

Η παγκόσμια έλλειψη πόσιμου νερού είναι ένα σοβαρό πρόβλημα για τον άνθρωπο. Ο καθαρισμός του νερού καταναλώνει μεγάλη ποσότητα ορυκτών ενέργειας και παράγει δευτερογενή ρύπανση.
2022 1 20

Η ηλιακή-θερμική διεπιφανειακή εξάτμιση θεωρείται η πιο ελπιδοφόρα στρατηγική για την αντιμετώπιση αυτού του προβλήματος. Ωστόσο, η ανάπτυξη ενός βελτιστοποιημένου υλικού που χαρακτηρίζει τόσο την αποτελεσματική μετατροπή της ηλιακής επιφάνειας όσο και την καλή περιβαλλοντική ανοχή εξακολουθεί να παραμένει προκλητική.

Οι ερευνητές του Ινστιτούτου Μηχανικών Διαδικασιών (IPE) της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών έχουν αναπτύξει ένα εξαιρετικά σταθερό νανοσύνθετο TA2O5/C με κοίλη δομή πολλαπλών διαχωρισμένων (HOMS) για ηλιακή εξάτμιση, η οποία μπορεί να βελτιώσει την αποτελεσματικότητα του καθαρισμού του νερού.

Η μελέτη δημοσιεύθηκε σε προηγμένα υλικά στις 29 Οκτωβρίου.

"Ο ακριβής ατομικός και ο έλεγχος της σύνθεσης στο δομικό στοιχείο του HOMS συνειδητοποιεί μια έμμεση δομή bandgap με άφθονες ενεργειακές καταστάσεις γύρω από το επίπεδο Fermi, το οποίο ενισχύει τη μη ραγιστική χαλάρωση για να διευκολύνει τη μετατροπή της φωτοθερμικής", δήλωσε ο καθηγητής Wang Dan, ο αντίστοιχος συγγραφέας της μελέτης, "Η μοναδική κοίλη δομή πολλαπλών ωρών μπορεί να ενισχύσει αποτελεσματικά την απορρόφηση φωτός σαν ένα μαύρο σώμα."

Το HOMS μειώνει την ενέργεια που απαιτείται για την εξάτμιση του νερού. Τα αποτελέσματα προσομοίωσης δείχνουν ότι το HOMS δημιουργεί μια κλίση θερμικού πεδίου, παρέχοντας έτσι την κινητήρια δύναμη για εξάτμιση ατμών.

"Το HOMS ωφελεί επίσης τη μεταφορά των υδάτων", δήλωσε ο Wang, "οι περιορισμένες κοιλότητες στο HOMS προωθούν τη διάχυση του υγρού νερού λόγω της τριχοειδούς αντλίας και τα νανοπόρια σε HOMS προκαλούν μόρια νερού να εξατμιστούν με τη μορφή συμπλέγματος, επιτρέποντας έτσι την εξάτμιση με λιγότερο ενθαλπία . "

Με εξαιρετικά αποδοτική φωτο-απορρόφηση και μετατροπή φωτοθερμικής, έχει επιτευχθεί μια εξαιρετικά γρήγορη ταχύτητα εξάτμισης 4,02 kg M-2H-1. Η ταχύτητα εξάτμισης μόλις άλλαξε μετά από 30 ημέρες και χωρίς συσσώρευση αλατιού, υποδεικνύοντας μακροπρόθεσμη σταθερότητα.

Συγκεκριμένα, η συγκέντρωση του ψευδοϊού SC2-P θα μπορούσε να μειωθεί κατά έξι τάξεις μεγέθους μετά την εξάτμιση.

Αυτό το άμορφο σύνθετο TA2O5/C κατασκευάζεται εύκολα, μεταφέρεται, αποθηκεύεται και ανακυκλώνεται. Μπορεί να εφαρμοστεί στον καθαρισμό του θαλασσινού νερού ή στο νερό που περιέχει βαρέα μέταλλα ή βακτηρίδια, λαμβάνοντας πόσιμο νερό που πληροί το πρότυπο της Παγκόσμιας Οργάνωσης Υγείας.

Οι επιστήμονες από το IPE ετοιμάζουν ένα πρωτότυπο αφαλάτωσης θαλασσινού νερού για τους κατοίκους σε απομονωμένα νησιά.